偏光ドーナッツビームを生成するワンチップレーザ

1. はじめに

生命科学分野の発展に伴い,レーザ顕微鏡やバイオセンサ等の高分解能化や高感度化を実現するため,さまざまなアプローチで,微小な光場を形成する手法が提案されている。光の波長(λ)とレンズの開口数(NA)で決まるAbbeの回折限界(=0.6λ/NA)に対して,最もシンプルなものは,光の短波長化や,油浸や固体浸レンズの利用である。近年では,近接場顕微鏡における微小開口から染みだした光と物体による散乱の利用や,光と金属の相互作用:表面プラズモンの利用,STED(Stimulated emission depletion(誘導放出制御))顕微鏡に見られるドーナッツビームの利用などが挙げられる。このような回折限界などの従来の光の限界を超える技術において,光の形状(強度分布)や偏光,位相の制御は,世界共通の関心事である。

従来,「光学」の分野においては,ガウシアン状の強度分布を持つ単峰のレーザビームが理想的であり,その偏光や位相はビーム断面内で空間的に一様なものが議論されてきた。これに対して,1990年代後半より,上述のような生命科学分野の発展に貢献する新しい顕微鏡技術において,ドーナッツ形状のレーザビームが注目を集めている。ドーナッツビームは,偏光や位相が空間的な分布を持ち,その特異点によって強度分布がドーナッツ形状となるビームである。このようなビームは,空間位相変調器やさまざまな光学系の組み合わせによる共振器を用いた光源によって発生させられる。

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